仙臺媒體中心的形與力
伊東豐雄的創作寶藏
*本文選編自Flow mgt. 的豆瓣日記，原文內容略有改動；
Flow mgt.的豆瓣主頁：www.douban.com/people/68988783/
[10天前（2013-03-18，編注），我喜愛的伊東豐雄(Toyo Ito)在72歲時被授予普利茲克建築獎(Pritzker Prize)，不覺間有種「終於」的複雜感慨與感動。40多年的設計實踐生涯，伊東通過與佐佐木睦朗(Mutsuro Sasaki)、新谷真人(Masato Araya)、巴爾蒙德(Cecil Balmond)等結構師的合作，創造了太多令人感動的建築。趁此讓自己動力一把，並為自己保存一份學習總結。]
2013-03-28
普利茲克建築獎在對伊東的評審辭裡稱述到：
「伊東豐雄在其職業生涯當中，創作了一系列將概念創新與建造精美相結合的建築……每一次都力求建築上的突破與超越……
研究過伊東豐雄作品的人都會發現其作品中不僅涵蓋不同的使用功能，而且還蘊含著豐富的建築語言。他逐步發展並完美了一套獨特的建築語法，把結構與技術層面上的創造發明與清晰的形式語言相結合……伊東豐雄能用一種極其獨特的方式，將結構、空間、環境、技術及場所建立於一個平等的立足點之上……他的作品結構複雜，但又巧妙地融為一體，令建築本身煥發出寧靜與祥和，而使用者則能自由自在地在其中從事各項活動。 ……
伊東曾經說過，他力求建築的流暢，而不受制於現代建築的局限。在2000年建成的仙臺媒體中心（Sendai Mediatheque），他利用管柱結構（structural tubes）有力地證明了這一點，從而使得其內部出現新的空間品質。……」[1]
仙臺媒體中心(Smt)是伊東(1965年從東京大學畢業後進行建築設計實踐)第三十個實踐年頭1995年開始設計的[2]。它歷時6年，終於2001年落成。這座21世紀的建築新類型，是伊東獲得2002年金獅獎的重要作品。在2011年的海嘯侵襲中仙臺媒體中心的非常規主體結構依舊無損，證明自身經受住了時間與事件考驗。伊東更是因此號召建築師們為災民設計「共有家園」，傳遞建築師的社會責任感。仙臺媒體中心是伊東設計生涯全新航程的起點，也是他之後設計生涯的創作寶藏。
仙臺媒體中心(Sendai Mediatheque)
介紹仙臺媒體中心的資料與研究很多，也非常精彩，從伊東豐雄事務所出版的《建築的非線性設計》(日文原版為：「建築：非線型の出來事」)到伊東與佐佐木合著的GA Detalis 2: Sendai Mediatheque、再從Ron Witte編寫的Case: Toyo Ito—Sendai Mediatheque到Tomoko Sakamoto等人編著的Toyo Ito: Sendai Mediatheque。
本文僅嘗試著眼於Smt的形與力的關係，探討仙臺媒體中心對伊東之後創作的價值。仙臺媒體中心的形可能最早來自於伊東對建築剖面的思考。而這個洞穴空間般的剖面又被伊東激進地於1995年1月23日在機場發展為「海草魚缸圖」——「仙臺媒質機構建築的所有設計都是從這個草圖開始的。」 [3]
左圖：伊東豐雄早期對建築剖面的思考
右圖：「海草魚缸圖」
這張草圖同時也包含了伊東對現代性場所的思辨。戰後的仙臺幾乎被夷為平地，而重建過程中大量現代建築「樓房面積大、堅固，其門窗似乎都是用打孔機在大樓正立面打出來的」[4]，而這種建設所形成的城市空間是毫無場所可言的。因此，仙臺媒體中心的使命之一就是要創造場所。「比如，在某一空間樹立了多顆柱子等，正是由於柱子的存在破壞了原有的單調性，產生了不同的場所。每顆柱子周圍都形成以柱為中心的同心圓空間，多顆柱子的同心圓就像波紋一樣相互交錯重疊，描繪出場所內的一組組等壓線。如果空間連續的話，柱子也會產生流動性的「場所」。」[5]
在「海草魚缸圖」中伊東註明了「清一色的平臺、浮動的海草式的柱子、銀幕般立面」等結構相關的信息，縱然佐佐木睦朗看到草圖後感到震驚，卻依舊認為「如果不是荒謬，再難的問題也會有答案」 。[6] 然而與海草般遊曳的流線姿態不用的是，佐佐木在綜合思考柱子形態以及保持樓板薄度之後，其轉換為竹子的形態——他說，「竹有竹節，樓板(與柱子的交界處)亦是如此」[7]
左圖：柱子產生的流動性「場所」。右圖：「竹子的形態」
然而這並非伊東所望，因此從1995年1月23日到2月15日(即競賽投標方案)，伊東與佐佐木的討論過程中大致存在5種類似的形態，而最終實現的建築形態相對於投標方案仍有些許調整。
方案調整過程
支撐仙臺媒體中心獨特形式得以實現的基礎，便是平衡的力流。伊東對仙臺媒體中心的概括為三點：樓板(plate)、管狀柱(tube)、表皮(skin)，而佐佐木也將仙臺媒體中心概括為三點：管狀柱、樓板結構和減震性結構。表皮在仙臺媒體中心的作用於視覺和節能有關，正是伊東將表皮弱化，模糊了室內外的邊界，使這座建築的獨特形式/結構推到視覺前臺。最有趣的是，很多形式/結構創新的建築從國外被「模仿」到國內完全由結構退化為裝飾，但仙臺媒體中心被伊東的表皮完全呈現後，便難以被「模仿」。
減震性質的結構中地下部分雖然很重要但與建築的形式並不直接發生關係，本文不做討論[8]。而蜂窩狀樓板[9]和管狀柱則與形式直接相關。下面分別討論著兩個要素。
關於蜂窩狀樓板，伊東豐雄將媒體中心的結構系統與柯布西耶的「多米諾」體系進行比較。仙臺媒體中心採用了類似多米諾的無梁樓板與柱系統，但是柯布使用的材料是混凝土，而媒體中心採用「蜂窩狀樓板」，即兩片樓板之間是鋼肋，其允許的跨度遠超過混凝土。」 [10]關於20米的柱距，在設計過程討論過程中，佐佐木考慮過採用類似柯布西耶的多米諾鋼筋混凝土樓板體系，但是厚度約為800-1000mm，自重非常大，就算採用通常的梁柱結構會減輕自重，但梁高會超過1m，而最終的解決方案為400厚的蜂窩狀鋼樓板解決了[11]。整個50米見方的樓板被分為三個區域：與管狀柱直接連接的環區、聚集樓板力流到管狀柱的承臺區和承受樓面荷載的跨區。
被分為三個區域的50米見方的樓板
蜂窩板自重的減輕是其板厚減少的重要原因，一種比較方便的分析是討論在材料極限受力條件下，自重對梁/板力流路徑高度的影響。假設一個跨度100的梁，梁材料的極限抗拉力為20q，根據圖解靜力學：當其受均布荷載10q時，其梁高為5.39；當其受均布荷載20q時，其梁高為11.36。自重對梁高的影響不言而喻。(梁的受力力流路徑可以被簡化為"單根拉力線+單根壓力線"，也可簡化為桁架。)
綠色表示荷載，藍色表示壓力，紅色表示拉力
而蜂窩板蜂窩狀薄壁能夠比薄壁獨立承受荷載更穩定(或者說不易發生偏心屈曲)的重要原因在於可以把蜂窩板上下板與中間薄壁看作是工字鋼結構。實心梁/板的力流路徑可以被看做為桁架(Jörg Schlaich著名的Strut-and-Tie Modleingl模型[12])，而失穩的基本上是壓杆。平面桁架的壓杆節點處通常是只是由同平面的力進行平衡，而當這種桁架上下邊緣被放大成翼緣時,壓杆節點則由空間力系平衡——對壓杆節點形成一定的嵌固作用。
蜂窩板蜂窩狀薄壁可看作工字鋼結構
在布魯塞爾2002臨時館中，伊東使用了局部蜂窩板的結構，利用彎矩圖思考了蜂窩板的諸多形式，即使其在手工模型的製作中是以簡支結構進行試驗的，但他最終選用在最大跨處、轉角處以及腳部粘帖橢圓形同厚(3mm)鋁板，探討了蜂窩鋁板「懸挑+簡支梁」的更大跨方式。
伊東豐雄的蜂窩板結構研究
實際上這種大跨方式是磯崎新(Arata Isozaki)與佐佐木睦朗合作設計佛羅倫斯火車站(Florence train station)方案的力學原型，同時也是石上純也(Junya Ishigami)與小西泰孝(Yasutaka Konishi)設計10米跨桌子的力學原型。
左圖：磯崎新(建築)與佐佐木睦朗(結構)設計的佛羅倫斯火車站
右圖：石上純也(建築)與小西泰孝(結構)設計10米跨桌子
同樣的力學原型被伊東與佐佐木繼續用在福岡Island City中央公園核心設施(Fukuoka Island City Central Park Grin Grin, 2000-2005)的曲面空間中。
伊東豐雄與佐佐木睦朗設計的中央公園核心設施
再回到布魯塞爾展館，局部橢圓鋁板為蜂窩板提供了直接而額外的拉力及些許壓力，特別是在中間跨度部分提供了直接的拉力，在轉角懸挑部分提供了直接的拉力，使原本類似於懸掛蜂窩網的結構變得更有巧思，從而新的形式和空間感受驟然發生。
布魯塞爾展館的類似曰「懸掛蜂窩網結構」
在倫敦蛇形畫廊(Serpentine Gallery, 2002)的設計中，局部蜂窩板(具體說是類箱形結構)利用3mm薄鋁板可承受拉力的特性，對垂直向構架進行斜撐式的約束，促進結構更加穩定。
倫敦蛇形畫廊的類箱形結構
在鋁製小屋(aluminum cottage project, 2002-2004)中，伊東也適用了類蜂窩板減小板後。
在SUS公司福島科住宅項目(Sus Company Housing for the Fukushima Branch, 2004-)中，空心板構件被伊東用來拼合曲面牆體。
與我們接觸最多的蜂窩狀板材應該是常被用來做模型，以及包裝用的瓦楞紙板。瓦楞紙板屬於利用波浪形夾層，為紙板提供一定力流高度和單向強度。而另一個可能大家熟需的就是宜家家具常用的板材，它是真正形式上的蜂窩板，其中間蜂窩狀材料很薄，但上下膠接板材後，還挺牢固，從材料成本和運輸成本上都為宜家帶來了巨大的效益。這就是蜂窩狀板材結構中工字鋼/箱形截面的從自重到嵌固豎向薄板的效用。
包裝用的瓦楞紙板製作的蜂窩板
最初的形並非一定始於力的探索，但對力流與形式之間契合關係的理解則為形式的探索提供了大量可能。
[1] http://www.pritzkerprize.cn/2013/%E8%AF%84%E5%AE%A1%E8%BE%9E
[2] 如果從競賽開始的算可能是1994年9月,如果從「海草魚缸圖」算起是1995年1月。
[3] 慕春暖 譯,(日)伊東豐雄建築設計事務所 編,《建築的非線性設計》,中國建築工業出版社,2005,p.33.
[4] Andrea Wiegelmann,仙臺媒體中心——伊東豐雄訪談錄.《建築細部》2001.01.大連理工大學出版社.p16
[5] 慕春暖 譯,(日)伊東豐雄建築設計事務所 編,《建築的非線性設計》,中國建築工業出版社,2005,p.18.
[6] 慕春暖 譯,(日)伊東豐雄建築設計事務所 編,《建築的非線性設計》,中國建築工業出版社,2005,p.34
[7] 淵上正幸のアーキテクト訪問記 http://www.com-et.com/colonne/002/sasaki/sasaki.htm
[8] 這部分可參考池田昌弘的「帶有減震結構性質的結構」,慕春暖 譯,(日)伊東豐雄建築設計事務所 編,《建築的非線性設計》,中國建築工業出版社,2005,pp.62-63.
[9] 也有稱之為三明治樓板的,但是個人認為三明治樓板涵蓋比較廣,只要含有三層及以上結構的都可以稱作三明治板——但不能確保中間層為格構狀還是實心。而此處可能成為蜂窩狀樓板可能更加準確。
[10] Toyo Ito, Sendai Mediatheque Report: "Under Construction". GSAPP, Columbia University, 2001.01, http:// www.arch.columbia.edu/
[11] 慕春暖 譯,(日)伊東豐雄建築設計事務所 編,《建築的非線性設計》,中國建築工業出版社,2005,p.35
[12] Jörg Schlaich沒有用力流路徑解釋為何工字鋼比薄片鋼更穩定。
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